简述高等植物细胞质遗传.doc

遗传学论文简述高等植物细胞质遗传张彦妮生命科学学院 2010级1班简述高等植物细胞质遗传摘要 综述了高等植物细胞质遗传主要物质基础质体和线粒体的遗传。高等植物细胞质遗传表现为多种形式，包括母系遗传、父系遗传和双亲遗传，母系遗传是细胞质遗传的主要特征，但是不能代表细胞质遗传的全部内容；被子植物的质体多数表现为单亲母系遗传，大多裸子植物的质体则为单亲父系遗传；高等植物线粒体有母系、父系和双亲遗传现象的存在。关键词 高等植物 细胞质遗传 质体 线粒体高等植物细胞质遗传现象的发现最早可追溯到1909 年，德国科学家Carl Correns 发现紫茉莉 (Mirabilis jalapa) 叶色不符合孟德尔遗传的规律。同年Edwin Baur 在天竺葵(Pelargonium zonale) 也发现类似现象，并认为是叶绿体自主性遗传所致。1962 年H. Ris 和W. Plaut 用电子显微镜和细胞化学方法证明衣藻的叶绿体含有DNA。同年Nass 夫妇在小鸡线粒体中发现了DNA纤维。细胞器DNA 的发现不仅为细胞质遗传奠定了物质基础，也成为细胞质遗传向分子水平过渡的转折点1。有关研究表明，大多数物种的细胞质性状表现为母性遗传的特征，加上细胞质雄性不育在育种实践中取得巨大成就，使更多的人接受了细胞质遗传就是母系遗传的观点。有些学者在教科书中把细胞质遗传等同于母系遗传，认为细胞质遗传即为母系遗传2。现已对蕨类植物、裸子植物的松科、杉科和柏科，以及被子植物的10多个种属的质体遗传方式进行了研究，证明蕨类植物的Cheilanthoid 和Equisetum variegarum 质体为母系遗传，裸子植物质体普遍表现为父系遗传，被子植物则大多表现质体单亲母系或双亲遗传，与遗传分析结果一致3,4。1 质体的遗传方式1.1 裸子植物质体的父系遗传裸子植物质体父系遗传的发现是与对寒温带针叶林群体生物学和其细胞器进化研究分不开的。最早从D N A 水平上报道这方面研究成果的是Neale ,他利用RFLP技术在Douglasfir (一种花旗松)种丙杂交后代中观察到叶绿体DNA的父系遗传5。wagner 等在对松属植物Lodgepole pine与jaek pine的非重叠区和重叠区的多样性、渐渗作用进行研究时, 也研究了Lodgepole pine (早)杂种后代epDNA的来源。他们用来自Petuniahybri-da的11.7一kb的Sall片段和9. 0一k b的Pstl 片段为探针, Sall酶切后的松树cpDNA 与n.7一kb探针杂交, Sstl 酶切后的松树cpDNA与9.0一kb探针杂交Lodgepole pine的典型带型为Sall (5.9/9.5 )和Sstl (4.7/5.0) , jaek pine的为Sall (5.4/9.5)和Sstl (4.8/ 5.7 ) . 4个人工杂交所获得的8个后代全都为父本jaek pine的Sall (5. 4 / 9.5 )和Sstl ( 4. 8 /5.7 )的epDNA的带型6。在裸子植物中，质体的父系或双亲遗传似乎是一种普通的模式，更是针叶树质体的遗传特征。这在落叶松属(La r ix )7、黄杉属(Ps e u d o t s u g a )5、云杉属(Pie ea )8、红杉属(S e q u o ia )9、松属(Pin u s )6等针叶植物中得到证实。另外对松科和杉科中某些植物卵细胞与合子的超微结构的研究表明：卵子细胞质中的质体倾向于被消灭，合子中有来自父本的质体10,11。这些结果为质体的父系遗传提供了细胞学水平的证据。1.2 被子植物质体的双亲遗传母系遗传是大多数被子植物质体DNA遗传的显著特征12-16。在被子植物中, 对近600个物种的质体DNA的遗传研究发现，大约80% 表现为母系遗传特征，而20% 的物种中存在双亲遗传的现象3,17,18。1989 年Hagemann 将被子植物的花粉传递分为3 类: 第1 类为月见草属型, 表现为明显的母系传递特性; 第2 类为天竺葵属型, 表现为双亲传递特性; 第3 类为苜蓿属型, 表现为明显的父系传递特性。2 线粒体的遗传在已调查的被子植物中, 线粒体的遗传方式以单亲母系遗传占绝对的统治地位, 只有少数物种为线粒体双亲遗传15,19。从分析线粒体的RNA 提供了紫苜蓿线粒体为双亲遗传方式的证据, 这是一个已经确定质体双亲遗传, 而线粒体也是双亲遗传有充分证据的例子20。在裸子植物中, 不同的种差别较大, 在松科中主要表现为单亲母系遗传 21, 22,23, 而柏科和杉科树种可能主要为单亲父系遗传 21,22,23 。随着DNA 分子标记技术在细胞质遗传研究中的应用, Boynton 等发现在衣藻( Chlamydomonas reinhardtii) 中线粒体DNA 表现为父系遗传。在被子植物中, 利用线粒体DNA 的限制性片段分析方法, Brennicke 和Schwemmle 发现月见草属的一个杂种 ( Oenotherabener ana O. odorata ) ,表现为线粒体DNA 的父系遗传。而在裸子植物中, 仅发现在北美红杉( Sequoia sempervirens ) 和北美翠柏( Caloceddecurren )21以及松属的一个杂种( Pinus banksiana P. contorta ) 发现线粒体DNA 是父系遗传的 2。参考文献1 刘大钧. 细胞遗传学M . 北京: 农业出版社, 2004.2 田志宏. 细胞质遗传并非都是母系遗传 J . 生物学通报, 1999, 34( 10) : 14- 15.3 刘兴梁, 胡赞民, 胡适宜.RFLP 技术在植物细胞质遗传研究中的应用 J . 生命科学, 1994, 6(2) : 9- 11.4 Zhang Q, Liu Y, Sodmergen. Examination of the cytoplasmic DNA inmale reproductive cells to det ermine the pot ent ial for cytoplasmic inheritancein 295 angiosperm species J .Plant Cell Physiol, 2003, 44: 941- 951.5 Neale , D. B. et al. Can J For Res ,1986,16:11521154.6 Wagner, D.B.et al. Pro Na l Aead Sci USA ,1987, 84:2097 2100.7 Szmidt, A.E.et al.Plant Mol Biol,1987,9:59-64. 8 Szmidt, A.E.et al. Theor Appl Genet,1988,76:841-845.9 Neale , D. B. et al.Pro MATL Acad Sci USA,1989,86:9347-9349.10 Sears,B.Plasmid,1980,4:233-255.11 Whatley, J. M. Biol. Rer,1982, 5 7 : 527 569.12 Kirk JTO, Tilney - Bassett RAE. The Plast ids: Their Chemistry, Structure, Growth and Inheritance M . Amsterdam: ElsevierPNorthHolland Biomedical Press, 1978.13 Sears B B . Elimination of plast ids during spermat ogenesis and fert ilizationin the plant kingdom J . Plasmid. 1980, 4: 233- 255.14 Kuroiwa T. The replicat ion, different iation and inherit ance of plast idswith emphasis on the concept of organelle nuclei J . Int Rev Cytol, 1991, 128: 1- 62.15 胡赞民, 胡适宜. 牵牛花受精前后卵细胞质体和线粒体及其细胞质DNA 的变化 J . 植物学报, 1996 , 38( 4) : 257- 261.16 李学红, 于烘兰. 质体的遗传 J . 生物学教学, 2001, 26(5) : 3- 4.17 Joseph L, Corriveau, Annette W Coleman. Rapid screening method todetect potential biparenial inheritance of plastid DNA and results forover 200 angiosperm species J .Amer J Bot , 1988, 75( 10) : 1443-1458.18 Smith S E. Biparental inheritance of organelles and its implication incrop improvement J .Plant Breed Rev, 1988, 6: 361- 393.19 刘兴梁, 胡适宜. 菜豆花粉发育中质体和线粒体及其DNA 存在的状况着重阐明质体遗传的细胞学基础J .植物学报, 1997, 39(2) : 106- 110.20 胡适宜, 国凤利. 天竺葵质体和线粒体双亲遗传的细胞学机理雄性和雌性配子超微结构和DNA 荧光的研究 J .植物学报, 1994, 36(4) : 245- 250.21 Neale D B, Sederaff R R. Paternal inheritance of chloroplast DNA andmat ernal linheritance of mitochondrial DNA in loblollypine J .TheorAppl Genet, 1989, 77: 212- 216.22 Owens and Morris. Cyt ologi cal basis for Cytoplasmic inheritance inPseudotsuga menziesii II. Fertilization and proembryo d